作為頻譜管理（各國均非常重視）的“眼睛”和“耳朵”，“頻譜監(jiān)測”主要用于無線頻譜資源管理、無線電臺站管理、電磁環(huán)境管理。隨著無線電通信系統(tǒng)持續(xù)、快速向前發(fā)展，頻譜監(jiān)測系統(tǒng)也需要相應(yīng)地演進(jìn)。2016年1月28日，ITU-R（國際電信聯(lián)盟無線電通信局）發(fā)布技術(shù)報(bào)告“Spectrum monitoring evolution（頻譜監(jiān)測的演進(jìn)）”，具有較大參考價(jià)值，本文及時(shí)介紹其中的主要內(nèi)容。

1、無線電通信系統(tǒng)頻譜利用方式演進(jìn)及對于未來頻譜監(jiān)測系統(tǒng)的能力要求

無線電通信系統(tǒng)正在持續(xù)、快速地向前演進(jìn)（典型代表為軟件定義無線電技術(shù)及認(rèn)知無線電系統(tǒng)）。目前，無線電通信系統(tǒng)的頻譜利用方式主要為采取自適應(yīng)頻率使用、同頻復(fù)用、寬帶接入、頻譜擴(kuò)展（包括頻譜直接序列擴(kuò)展與跳頻）等技術(shù)。

因此，相應(yīng)地，未來的頻譜監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)具有面向各種新興無線電通信技術(shù)與系統(tǒng)的監(jiān)測能力，主要包括三大方面：微弱信號檢測（detection of weak signal）、同頻信號分離（co-frequency signal separation）、多模定位（multi-mode location。基于數(shù)字信號處理及各種相關(guān)定位技術(shù)的組合）。下文分別簡要介紹。

2、微弱信號檢測能力

當(dāng)下，越來越多的新興無線電通信系統(tǒng)采取使用更高的頻率、使用更寬的工作帶寬、具備更低的功率。但是，在某些情況下，有用信號的功率可能比背景噪聲微弱。這樣，采用現(xiàn)有的、敏感度有限的頻譜監(jiān)測系統(tǒng)就難以檢測出低功率密度的微弱信號并對其進(jìn)行定位。

因此，未來的頻譜監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)提高靈敏度，采取先進(jìn)技術(shù)從背景噪聲中提取出有用信號，以檢測具備低功率密度特性的微弱信號。

該ITU-R技術(shù)報(bào)告還給出了未來頻譜監(jiān)測系統(tǒng)可用以檢測微弱信號的四大技術(shù)：鎖定放大器（locked-in amplifier，是交叉關(guān)聯(lián)技術(shù)于某種程度上的應(yīng)用）、采樣積分（sampled integration）、關(guān)聯(lián)（correlation。又進(jìn)一步分為交叉關(guān)聯(lián)cross-correlation與自動(dòng)關(guān)聯(lián)auto-correlation）、自適應(yīng)噪聲消除（adaptive noise cancelling）。每項(xiàng)技術(shù)的具體內(nèi)容描述可進(jìn)一步查閱文獻(xiàn)[1]。

3、同頻信號分離（于不同維度）能力

目前，越來越多于現(xiàn)網(wǎng)中部署的新興無線電通信發(fā)射機(jī)或系統(tǒng)均在不同維度（如時(shí)域、碼域、空間域等）共享使用有限的無線頻譜資源（比如，很多不同類型的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)及HF（高頻）通信系統(tǒng)均采用這種同頻工作模式）。所帶來的問題是，會(huì)出現(xiàn)很多有意或無意的同頻干擾。

此外，一些高級無線電通信系統(tǒng)同時(shí)采取多種同頻復(fù)用技術(shù)，在此種情況下，一個(gè)頻譜監(jiān)測臺站就可能會(huì)接收到來自于工作在同一頻率上的不同發(fā)射機(jī)的信號，并易造成同頻干擾。

該ITU-R技術(shù)報(bào)告指出，若繼續(xù)采用現(xiàn)有的、功能有限的頻譜監(jiān)測系統(tǒng)，則很難區(qū)分這些同頻信號。因此，未來的頻譜監(jiān)測系統(tǒng)就應(yīng)采取采用先進(jìn)技術(shù)，具備對不同維度（時(shí)域、碼域、空間域等）的同頻信號進(jìn)行分離的能力。

報(bào)告還給出了未來頻譜監(jiān)測系統(tǒng)可用以分離（于不同維度）同頻信號的兩大技術(shù)：單信道分離技術(shù)（single-channel separation）和多信道分離技術(shù)（multi-channel separation）。前者又可細(xì)分為強(qiáng)信號恢復(fù)（strong-signal recovery）與單信道獨(dú)立成分分析（single-channel independent component analysis）技術(shù)。后者又可細(xì)分為基于空間頻譜的波束賦形（spatial spectrum based beam-forming）與多信道ICA（multi-channel ICA）技術(shù)。

4、多模定位能力

不同維度（時(shí)域、碼域、空間域等）的無線電通信信號都承載著地理位置相關(guān)信息，從而，可通過采取相關(guān)技術(shù)及用于信號定位的計(jì)算機(jī)處理算法來提取此類地理位置信息。

當(dāng)下，DSP（數(shù)字信號處理）與網(wǎng)絡(luò)能力（networking capability）越來越強(qiáng)大。而且，基于DSP與網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備價(jià)格也在不斷降低，接近承受能力。

該報(bào)告指出，未來的頻譜監(jiān)測系統(tǒng)若基于DSP算法與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，則將可更易識別于不同域（包括幅度域、頻率域、時(shí)域、空間域、碼域等）、具備不同特性的無線電通信發(fā)射機(jī)。

因此，未來的頻譜監(jiān)測系統(tǒng)可采取多模定位技術(shù)可對處于不同環(huán)境中的發(fā)射機(jī)進(jìn)行定位。

該報(bào)告還給出了用于多模定位的五大定位技術(shù)：到達(dá)角（AOA，angle of arrival）、到達(dá)時(shí)間差（TDOA，time difference of arrival）、到達(dá)頻率差（FDOA，frequency difference of arrival）、達(dá)到功率（POA，power of arrival）、ID輔助（ID-aided）。

5、應(yīng)加強(qiáng)更先進(jìn)頻譜監(jiān)測技術(shù)及其應(yīng)用方式的研究

該報(bào)告在其“結(jié)論”部分指出，為適應(yīng)各類新興無線電通信系統(tǒng)快速發(fā)展的需求，業(yè)界應(yīng)研究更先進(jìn)的頻譜監(jiān)測技術(shù)及其應(yīng)用方式。并列舉了先進(jìn)頻譜監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用示例。

參考文獻(xiàn)：

[1] ITU-R. Report ITU-R SM.2355-0—Spectrum monitoring evolution[EB/OL].
http://www.itu.int/dms_pub/itu-r/opb/rep/R-REP-SM.2355-2015-PDF-E.pdf, 2016-01-28.